ACCIAIO, CEMENTO ARMATO, SISMICA ED ALTRO

  a cura di Aurelio Ghersi
Home Didattica (Università) Libri, articoli, normativa Software Altro Discussioni on-line Corsi di aggiornamento meno recenti Corsi di aggiornamento professionale

 

     

CORSO DI TECNICA DELLE COSTRUZIONI - Ingegneria civile strutturale e geotecnica

anno accademico 2019/20

Programma delle lezioni

Obiettivo del corso è fornire allo studente le conoscenze teoriche e le capacità applicative necessarie per la progettazione delle strutture. L'iter fondamentale di tale operazione richiede il passaggio dall'oggetto ad un modello (geometrico e di carico) che verrà calcolato e verificato. Si seguiranno quindi le tre fasi (modellazione, analisi strutturale, verifica strutturale) di seguito descritte, che verranno integrate da un'ampia gamma di applicazioni progettuali.

Modellazione

Gli studenti sono in genere abituati ad affrontare problemi strutturali ben definiti, nei quali lo schema da risolvere è già assegnato. Si trovano quindi in difficoltà di fronte agli oggetti reali, perché non riescono a vedere come schematizzarli. In aggiunta a ciò, la disponibilità di strumenti di calcolo sempre più potenti tende a spingere verso l'uso di modelli sempre più complessi, nel tentativo (spesso vano) di raggiungere una migliore conoscenza dell'oggetto reale. Ciò comporta il rischio di inseguire i singoli dettagli e perdere di vista l'unitarietà del comportamento strutturale.
Per ovviare a questi problemi il corso dà sufficiente spazio alle problematiche di modellazione e, pur non disdegnando l'uso di programmi di calcolo e di modelli più complessi, cerca di formare lo studente al riconoscimento del comportamento globale per individuare schemi appropriati ma il più possibile semplici ed essenziali.

Analisi strutturale

Con tale termine si intende, in particolare, la risoluzione dello schema geometrico soggetto ai carichi (quindi, nel caso di insieme di aste, la determinazione delle caratteristiche della sollecitazione).
La risoluzione di schemi semplici, ai quali principalmente si ricorre, è già nota dal corso di Scienza delle costruzioni ma viene richiamata, almeno nelle sue linee essenziali, nel corso. E' infatti essenziale per l'ingegnere riuscire a padroneggiare schemi semplici, valutandone con rapidità le caratteristiche di sollecitazione, calcolandone le deformazioni e tracciando, anche qualitativamente, i diagrammi delle caratteristiche di sollecitazione e la deformata della struttura.
Per schemi più complessi, dalla trave continua ai telai piani, vengono fornite indicazioni operative che consentono di stimare con buona approssimazione i risultati. Ciò risulta utile sia per il dimensionamento preliminare delle strutture che per il controllo e l'accettazione dei risultati forniti da semplici programmi di analisi strutturale, messi a disposizione dal docente, o dai più complessi programmi in uso nella pratica professionale.

Verifica strutturale

Come già visto nel corso di Scienza delle costruzioni, i criteri con i quali si verifica la resistenza strutturale sono basati sull'esame dello stato tensionale.

Nel corso di Tecnica delle costruzioni, modulo A, si esamina innanzitutto in generale il problema della verifica della sicurezza, mostrando come passare da modelli di comportamento lineari (verifica alle tensioni ammissibili) a modelli non lineare (verifica allo stato limite ultimo), evidenziandone gli aspetti unitari più che le differenze. Si esamina quindi come estendere i risultati ricavati per sezione di materiale ideale (omogeneo, isotropo, linearmente elastico), alle situazioni reali nelle quali il materiale (acciaio) può avere un comportamento non lineare. Si affronta così il problema della verifica di resistenza di sezioni in acciaio e della verifica di stabilità di aste in acciaio. Si passa quindi all'esame dei possibili collegamenti tra aste in acciaio.

Nel corso di Tecnica delle costruzioni, modulo B, si estendono i risultati, ricavati per sezione di materiale ideale (omogeneo, isotropo, linearmente elastico), alle situazioni reali nelle quali il materiale oltre a non avere comportamento lineare, non è omogeneo (cemento armato). Si mostra in che modo viene superato il problema della non omogeneità di calcestruzzo e acciaio e quello della scarsa resistenza a trazione del calcestruzzo, ribadendo l'unitarietà di approccio che è alla base dei due modelli di comportamento del materiale (lineare e non lineare).

Applicazioni progettuali

Nell'ambito del corso di Tecnica delle costruzioni vengono sviluppate applicazioni progettuali relative ad elementi strutturali in acciaio e in cemento armato, assegnando agli studenti progetti da svolgere individualmente. In particolare, nel modulo A si esaminano gli elementi presenti in un edificio in acciaio soggetto solo a carichi verticali e vento. Nel modulo B si esaminano gli elementi presenti in un edificio in cemento armato soggetto solo a carichi verticali. Lo svolgimento dei progetti sarà presentato in dettaglio nel corso; gli studenti potranno ricevere ulteriori chiarimenti durante apposite ore di lezione o in ulteriori incontri in cui si discuteranno collegialmente i problemi posti dai singoli studenti.
 

Sono indicati nel seguito in maniera sintetica gli argomenti che si prevede di affrontare in ciascuna delle lezioni del corso. Queste informazioni verranno aggiornate man mano che si procede con le lezioni. Sono indicate col colore verde le lezioni che si prevede di fare, in nero le lezioni già fatte. Il numero sulla destra indica il numero totale (progressivo) di ore di lezione effettuate.

Le lezioni del corso sono raggruppate in moduli, alcuni teorici ed altri a carattere progettuale.

Per meglio comprendere a quale modulo fa capo ogni lezione, nel seguito è riportata per ogni lezione una sigla che contraddistingue il modulo cui essa appartiene. In particolare si è usato:

AS

per indicare il modulo "modellazione e analisi strutturale"

VS

per indicare il modulo "verifica strutturale, aspetti generali"

ACC

per indicare il modulo di teoria su "verifica e progetto di elementi in acciaio e collegamenti" - mod.A

PrA

per indicare il modulo progettuale "modellazione e progetto di elementi strutturali in acciaio" - mod.A

CA

per indicare il modulo di teoria su "verifica e progetto di elementi in cemento armato" - mod.B

PrC

per indicare il modulo progettuale "modellazione e progetto di elementi strutturali in cemento armato" - mod.B

CAP

per indicare il modulo di teoria su "verifica e progetto di elementi in cemento armato precompresso" - mod.B


Lezioni previste e lezioni effettivamente tenute - modulo A

martedì 8 ottobre
17-19		 AS,VS

Presentazione del corso

Organizzazione generale del corso
Sviluppo storico: dall'arte del costruire alla progettazione strutturale
Dall'oggetto reale alla modellazione, analisi strutturale e verifica/progetto di sezioni

 2
mercoledì 9 ottobre
8-11		 VS

Verifica strutturale

Richiami di teoria delle probabilità: variabili aleatorie, distribuzione di frequenza, densità di frequenza, densità di probabilità, valore medio, scarto quadratico medio, frattili e valori caratteristici

Valori di riferimento per la resistenza dei materiali: variabilità della resistenza; valori caratteristici

Azioni sulle costruzioni: carichi permanenti e carichi variabili; variabilità di questi carichi; valori caratteristici. Variabilità delle azioni nel tempo: carichi statici e dinamici

Possibili criteri di verifica: metodo delle tensioni ammissibili; calcolo a rottura
Analisi probabilistica: determinazione della probabilità di collasso

Approccio semiprobabilistico: coefficienti di sicurezza parziali; verifica allo stato limite ultimo
Il metodo degli stati limite: stato limite ultimo e stati limite di esercizio; tensioni di riferimento e coefficienti di sicurezza nelle verifiche allo SLU

 5
martedì 15 ottobre
17-19		 VS

Normativa
Normativa italiana ed europea
Normativa: carichi non strutturali per tramezzi; destinazione d'uso e relativi valori dei carichi variabili; coefficienti y0, y1, y2

 7
ACC

Acciaio

Acciai da carpenteria metallica: proprietà; composizione chimica e sua influenza sulle proprietà fisico-meccaniche
Determinazione delle proprietà mediante prove sperimentali: prova di trazione e legame costitutivo tensioni-deformazioni; classificazione degli acciai
mercoledì 16 ottobre
8-11		 ACC

Acciaio (segue)

Determinazione delle proprietà mediante prove sperimentali: resilienza; altre prove
Processi di lavorazione e prodotti in acciaio.  Profili formati a caldo; forma dei profilati e loro impiego, in funzione delle caratteristiche di sollecitazione; sagomari. Profili formati a freddo
Quali valori della resistenza usare come riferimento nelle verifiche SLU: fy (snervamento) o fu (resistenza a trazione)?

 10
martedì 22 ottobre
17-19

PrA

 

 Prime indicazioni sul progetto da svolgere: elementi strutturali e carpenteria di un edificio in acciaio; tipologie di solai in un edificio in acciaio; travi secondarie e scelta della loro orditura; travi principali; colonne; fondazione
Disposizione dei controventi nell'edificio in acciaio		 12
mercoledì 23 ottobre
8-11

VS

 Normativa: azione del vento; esempio di valutazione dell'azione del vento 15
PrA Istruzioni per organizzazione tavole e disegno con Autocad
ACC

Trazione

Richiami di Scienza delle costruzioni sullo sforzo normale centrato
Comportamento di sezioni e aste tese al crescere dello sforzo normale. Resistenza allo stato limite ultimo.

martedì 29 ottobre
17-19		 ACC Progetto di sezioni allo stato limite ultimo; uso dei sagomari
Imperfezioni geometriche e meccaniche; influenza delle imperfezioni sul comportamento e sulla resistenza di aste tese
Resistenza di aste tese con sezioni indebolite da fori; rottura fragile e rottura duttile		 17
mercoledì 30 ottobre
8-11		 ACC Resistenza di aste tese con sezioni indebolite da fori: verifica nel caso di profili a L (EC3 parte 1-8, punto 3.10.3) 20
PrA Valutazione delle azioni nei controventi
Valutazione delle aree necessarie per le sezioni dei controventi allo SLU
Limiti di spostamento orizzontale per gli edifici; aree minime per il rispetto dei limiti di interpiano
Scelta delle sezioni in base alle aree minime per SLU e SLE; uniformizzazione delle sezioni
Verifica dimensionamento globale allo SLE

martedì 5 novembre
17-19

ACC

Compressione

Plasticizzazione della sezione; valutazione della resistenza plastica (in assenza di fenomeni di instabilità); resistenza in corrispondenza di fori

Modalità di collasso di aste compresse: plasticizzazione della sezione e instabilità dell'asta

Instabilità di asta compressa in campo elastico: formula di Eulero; comportamento critico e postcritico, nell'ipotesi di piccoli spostamenti e per grandi spostamenti; lunghezza libera di inflessione per diverse situazioni di vincolo; applicazioni numeriche

Influenza delle imperfezioni sul comportamento al crescere di N e sul carico critico
Instabilità di asta compressa, tenendo conto del limite di snervamento: aste perfette, tozze e snelle

22

mercoledì 6 novembre
8-11

ACC

Resistenza all'instabilità in presenza di imperfezioni; curve di instabilità
Verifica di aste compresse: formula di normativa; applicazioni numeriche

25

VS

Normativa: azioni da neve

PrA

Carichi unitari, permanenti e variabili, per l'edificio in esame.
Dimensionamento del solaio
martedì 12 novembre
11-13		 ---

Incontro non compreso tra le lezioni, di preparazione alla prima prova in itinere

--

martedì 12 novembre
17-19

---

Lezioni sospese per allerta meteo

--

mercoledì 13 novembre
8-11

ACC

Progetto di aste compresse

Aste composte: modalità di realizzazione; criteri di verifica e progetto di aste composte

28

PrA

 Organizzazione complessiva della struttura (colonne, travi principali, travi secondarie) e collegamenti tra le aste
Flusso dei carichi verticali, dal solaio alla fondazione
Valutazione dei carichi sulle travi secondarie
martedì 19 novembre
11-13		 ---

Incontro non compreso tra le lezioni, di preparazione alla prima prova in itinere

--
martedì 19 novembre
17-19

ACC

Instabilità delle lastre

Confronto tra il comportamento di aste compresse e lastre compresse; carico critico; comportamento post-critico; modellazione semplificata del comportamento ultimo; concetto di larghezza efficace; determinazione della larghezza efficace

 30
mercoledì 20 novembre
8-11

ACC

Instabilità locale

Instabilità delle singole parti dei profili
Classificazione delle sezioni e relativi limiti del rapporto c/t; esempi di classificazione per sezioni simmetriche

 33

PrA

Valutazione dei carichi sulle travi principali
Valutazione dei carichi verticali sulle colonne;
martedì 26 novembre
11-13

---

Incontro non compreso tra le lezioni, di preparazione alla prima prova in itinere

--
martedì 26 novembre
17-19

PrA

Dimensionamento delle colonne interne e perimetrali

Carichi verticali ed effetto del vento sulle colonne d'angolo

 35

ACC

Flessione semplice retta

Richiami di Scienza delle costruzioni sulla flessione: posizione dell'asse neutro per materiale elastico lineare; relazione  tra momento flettente e tensioni; tensioni massime; modulo di resistenza W
Comportamento di una sezione soggetta a flessione, dal campo elastico al campo plastico; esempio per sezione simmetrica; diagramma delle tensioni e posizione dell'asse neutro per piena plasticizzazione
mercoledì 27 novembre
8-11

ACC

Flessione semplice retta (segue)

Comportamento di una sezione soggetta a flessione in campo elastico ed in campo plastico; esempio per sezione non simmetrica
Influenza della classe di sezione; momento resistente e duttilità per le diverse classi
Momento resistente allo SLU per sezioni simmetriche e per sezioni non simmetriche
Verifica agli stati limite di esercizio (spostamenti) di elementi soggetti a flessione; applicazioni numeriche
Progetto di sezioni e aste inflesse; applicazioni numeriche

 38

PrA

Dimensionamento delle travi secondarie e delle travi principali
martedì 3 dicembre
13-14

---

Prima prova in itinere, su:
modellazione (dall'oggetto reale allo schema da analizzare numericamente); analisi dei carichi; risoluzione di schemi isostatici e iperstatici

--
martedì 3 dicembre
17-19

AS, VS

Discussione del compito

 40

ACC

Flessione semplice retta: influenza delle imperfezioni; influenza di fori nell'ala
Cenno all'instabilità flesso-torsionale
mercoledì 4 dicembre
8-11

ACC

Flessione deviata

Verifica con materiale a comportamento elastico lineare (stato limite ultimo per sezioni di classe 3); dominio di resistenza (curva di interazione My-Mz) con modello lineare
Costruzioni di domini di resistenza con materiale a comportamento non lineare; formule di verifica allo stato limite ultimo per sezioni di classe 1 e 2

Tensoflessione

Verifica a tensoflessione e dominio di resistenza M-N in campo elastico
Comportamento della sezione soggetta a tensoflessione oltre il limite elastico
Verifica a tensoflessione allo stato limite ultimo per una sezione generica: determinazione di x corrispondente a N; determinazione del corrispondente M resistente
Costruzione del dominio di resistenza M-N allo stato limite ultimo: criterio generale; applicazione alla sezione rettangolare; applicazione alla sezione a doppio T sollecitata nel piano di maggior resistenza
Formule di normativa per la verifica a tensoflessione per sezione a doppio T sollecitata nel piano di maggior resistenza

 43
martedì 10 dicembre
17-19

ACC

Tensoflessione (segue)

Verifica e progetto di sezioni: applicazioni numeriche
Sezione a doppio T sollecitata nel piano debole; sezione scatolare
Verifica a flessione composta deviata

Pressoflessione

Influenza del momento flettente sulla resistenza all'instabilità; verifica con il metodo degli stati limite
Metodi previsti dalla normativa italiana ed europea

 45
mercoledì 11 dicembre
8-11

ACC

Pressoflessione (segue)

Verifica di aste pressoinflesse soggette a momento costante: metodi A e B; verifica per asta vincolata nel piano di applicazione del momento; verifica per asta che si instabilizza fuori del piano di applicazione del momento

Verifica di aste pressoinflesse: momento equivalente nel caso di diagramma di M lineare; momento equivalente nel metodo A e nel metodo B
Applicazioni numeriche

 48
martedì 17 dicembre
17-19

ACC

Taglio

Tensioni tangenziali dovute al taglio in campo elastico ed in campo plastico
Collasso per taglio; verifica alle tensioni ammissibili e allo stato limite ultimo

Determinazione dell'area a taglio; applicazioni numeriche
Influenza del taglio sulla resistenza a flessione

 50
mercoledì 18 dicembre
8-11

ACC

Torsione

Problematiche generali; torsione per sezione circolare, per sezione rettangolare, per sezione chiusa
Torsione alla De Saint Venant e torsione alla Vlasov; torsione per congruenza e torsione per equilibrio

Collegamenti

Considerazioni generali sui collegamenti; collegamenti saldati e bullonati; collegamenti bullonati, modalità di lavoro dei bulloni

53
venerdì 20 dicembre
14.30-15.30

---

Seconda prova in itinere, su:
verifica e progetto di aste soggette a sforzo normale, flessione semplice, flessione composta, taglio
Prova di recupero su risoluzione di schemi strutturali semplici, diagrammi delle caratteristiche di sollecitazione, deformata, valori di spostamenti e rotazioni

--
martedì 7 gennaio
17-19

ACC

Collegamenti bullonati

 55
mercoledì 8 gennaio
8-11

ACC

Collegamenti bullonati

 58
martedì 14 gennaio
17-19		 ACC

Collegamenti saldati

 60
mercoledì 15 gennaio
8-11		 ACC

Collegamenti saldati

 63

 

Lezioni previste e lezioni effettivamente tenute - modulo B

mercoledì 18 marzo  

II calcestruzzo: aspetti tecnologici e caratteristiche meccaniche. L'acciaio per cemento armato ordinario: caratteristiche meccaniche e tipi di acciaio.

3
giovedì 19 marzo  

PRO. Edificio in cemento armato. Elementi strutturali che lo costituiscono: fondazioni, pilastri, travi, solaio. Carpenteria. Impostazione della carpenteria.

5
mercoledì 25 marzo  

Aderenza acciaio-calcestruzzo: Lunghezza di ancoraggio. Lunghezza di sovrapposizione; ricoprimento e distanza tra le barre. Durabilità delle strutture in cemento armato. Cause di degrado. Protezione delle strutture in c.a.

PRO. Impostazione della carpenteria dell'edificio oggetto di studio.

8
giovedì 26 marzo  

PRO. Dimensionamento di massima di solai e travi.

Sistemi di riferimento e convenzioni dei segni. Modelli di comportamento del materiale. Ipotesi di base. Comportamento al primo stadio: omogeneizzazione della sezione.

10
mercoledì 1 aprile  

Comportamento al secondo stadio: sezione reagente omogeneizzata. Comportamento al terzo stadio: impostazione generale della verifica.

PRO. Analisi dei carichi. Valutazione dei carichi unitari.

13
giovedì 2 aprile  

PRO. carico da vento.

Verifica di sezione in c.a. soggetta a sforzo normale centrato (I e II stadio). Verifica di sezione in c.a. soggetta a sforzo normale centrato di trazione (III stadio).

15
mercoledì 8 aprile  

Verifica di sezione in c.a. soggetta a sforzo normale centrato di compressione (III stadio). Sforzo normale al Terzo stadio: progetto della sezione e dell'armatura. Indicazioni progettuali (distanza tra le barre, staffe).

PRO. Analisi dei carichi sui pilastri. Coefficienti di continuità. 

18
giovedì 9 aprile  

PRO. Analisi dei carichi sui pilastri. Carico trasmesso a ciascun piano; sforzo normale.

20
mercoledì 15 aprile  

Flessione semplice. Modello lineare, primo stadio; fessurazione; momento di fessurazione. Modello lineare, secondo stadio: problematiche generali; verifica di sezione rettangolare; confronto tra stato tensionale prima e dopo la fessurazione. Flessione semplice: II stadio, verifica di sezione riconducibile alla rettangolare e di sezione generica; verifica di sezione a T.

23
giovedì 16 aprile  

PRO. Dimensione del pilastro e sue armature. Tavola dei pilastri. Modalità di realizzazione dei pilastri e particolari costruttivi.

25
mercoledì 22 aprile  

Periodo di sospensione dell'attività didattica

--
giovedì 23 aprile  

Periodo di sospensione dell'attività didattica

--
mercoledì 29 aprile  

Modello non lineare: impostazione generale; coefficienti beta e kappa per sezione parzializzata; valori di beta e kappa per sezione rettangolare. Verifica di sezione rettangolare a semplice armatura. Verifica di sezione rettangolare a doppia armatura. Modello non lineare: modelli approssimati (tensione costante per l'80% della zona compressa). Verifica di sezioni di forma generica.

PRO. Solaio: Carichi e combinazione di carico.

28
giovedì 30 aprile  

Duttilità delle sezioni in cemento armato e sua influenza sui criteri di progetto. Progetto di sezione rettangolare a semplice armatura; progetto dell'armatura tesa. Progetto di sezione rettangolare a doppia armatura.

PRO. Solaio: schemi limite. Risoluzione degli schemi.

30
mercoledì 6 maggio  

Progetto di sezione rettangolare a doppia armatura: considerazioni progettuali e applicazioni.

Flessione composta: Richiami di scienza delle costruzioni. Formule trinomie e monomie; nocciolo d'inerzia.Verifica a tenso (presso) flessione (I stadio). Verifica a tenso flessione al II stadio (sezione a debole eccentricità).

33
giovedì 7 maggio  

PRO. Solaio: calcolo dell'area di armatura necessaria, scelta delle barre di armatura. Solaio: Disposizione delle armature dritte e sagomate

35
mercoledì 13 maggio  

Flessione composta: Verifica a presso flessione al II stadio (sezione a debole eccentricità). Verifica a tenso (presso) flessione al II stadio (sezione a forte eccentricità).

38
giovedì 14 maggio  

Modello non lineare: impostazione generale; come individuare se la sezione è parzializzata o tutta compressa. 

PRO. Solaio: Momento resistente del calcestruzzo. tavola del solaio.

40
mercoledì 20 maggio  

Verifica allo SLU di sezione di forma rettangolare nel caso di sezione di sezione parzializzata. Modello non lineare: coefficienti beta e kappa per sezione rettangolare tutta compressa; modelli approssimati. Verifica allo SLU di sezione di forma rettangolare nel caso di sezione di sezione tutta compressa. Verifica allo SLU di sezione di forma qualsiasi. Domini M-N nel terzo stadio. Diagrammi deformativi limite

43
giovedì 21 maggio  

Domini M-N nel terzo stadio: costruzione rigorosa per sezioni rettangolari

PRO. Trave: Carichi sulle travi e predimensionamento.

45
mercoledì 27 maggio  

Domini M-N nel terzo stadio: Formule semplificate per sezione rettangolare. Considerazioni generali e indicazioni progettuali nel terzo stadio. Flessione composta deviata nel terzo stadio.

PRO. Trave: Combinazioni di carico; schemi limite; risoluzione degli schemi. Progetto armature flessionali inferiori

48
giovedì 28 maggio  

Taglio. Modelli di comportamento per il taglio: Valutazione delle tau nel cemento armato primo stadio: formula di Jourawski; applicazioni; considerazioni sullo stato tensionale.

PRO. Trave: Progetto armature flessionali superiori

50
mercoledì 3 giugno  

Valutazione delle tau nel cemento armato, secondo stadio; applicazioni; considerazioni sullo stato tensionale.Verifica a taglio di elementi non armati a taglio (Modello a pettine). Effetti che incrementano la resistenza a taglio di elementi non armati a taglio: Ingranamento degli Inerti, Effetto spinotto, presenza di sforzo normale.

PRO. Verifica a taglio in assenza di armature: applicazioni al solaio.  Descrizione della tavola di carpenteria.

53
giovedì 4 giugno  

Verifica di elementi armati a taglio. Campi di tensione. Verifica del puntone compresso di calcestruzzo in elementi armati a taglio. Progetto delle staffe. Traslazione del diagramma dei momenti.

55
mercoledì 10 giugno  

PRO. Trave: Progetto dell'armatura a taglio. Tavola della trave. Pilastri: Effetto del vento: Verifica a flessione composta.

58
giovedì 11 giugno  

Torsione: congruenza ed equilibrio. calcolo delle tensioni tangenziali in caso di materiale omogeneo e isotropo. Traliccio di Rausch e campi di tensione. Verifica del puntone compresso. Progetto delle staffe e dell'armatura di parete. Verifica a taglio e torsione. Criteri per il progetto di sezione ed armatura in trave soggetta a flessione, taglio e torsione.

60

Si veda anche la pagina del sito della prof.ssa Melina Bosco